JPS622152A - 圧力容器用超音波探傷装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、圧力容器用超音波探傷装置に係り、特に原子
炉圧力容器の供用期間中検査を容器内面側から超音波探
傷で行うのに好適な探傷装置に関する。

〔発明の背景〕

発電用原子炉は、年に１回の供用期間中検査（Ｉｎ−５
ｅｒｖｉｃｅ　Ｉｎ５ｐｅｃｔｉｏｎ　ｓ以下これを“
ＩＳＩ”と略す）が義務づけられており、原子炉圧力容
器（Ｒｅａｃｔｏｒ　Ｐｒｅｓｓｕｒｅ　Ｖｅｓｓｅｌ
　、以下これを”ＢｐＶ・ト略ス）等にあっては、耐圧
溶接部等の検査が要求されている。

ＩＳＩを実施する目的は、原子炉の供用期間中（又は寿
命期間中）にわたり、ＲＰＶ等の耐圧部に欠陥がなく、
健全であり破損する恐れがないことを定期的に確認する
ことにある。ＲＰＶについてみれば、炉心に近い部分は
、鋼材の中性子照射脆化が予想されるため、ＩＳＩによ
る健全性確認という点からは、特に重要な部分である。

このため、近年建設されている沸騰水型原子力発電プラ
ント（Ｂｏｉｌｉｎｇ　Ｗａｔｅｒ　Ｒｅａｃｔｏｒ　
、以下これを“ＢＷＲプラント”と略す）においては、
第１５及び第１６図に示すように、ＲＰＶＩの外径に対
し、生体じゃへい体２の内径をやや大きめなものとし、
ＲＰＶＩと保温材３の間に適切な隙間４を設け、この隙
間４に検査用機器を設置して移動させ、ＲＰＶＩのｒｓ
ｒをＲＰＶ外面側から実施できるような配慮のもとにプ
ラントの設計・製作がなされている。

しかしながら、定期検査が義務づけられる以前に設計・
製作された古いプラントにあっては、近年行われている
ようなＲＰＶ外面側からの［３１実施の配慮がなされて
おらず、したがって、隙間４が狭く、保温材３を取り外
し可能な構造となっていないため、実質的にＲＰＶ外面
側から１３１を実施することは困難である。

したがって、このような古いプラントの場合には、ＲＰ
Ｖ内面側からＩＳＩを実施することが考えられる。実際
、もともと構造上の制約のため、ＲＰＶ外面側からのＩ
ＳＩ実施が不可能な加圧水型原子力発電プラント（Ｐｒ
ｅｓｓｕｒｉｚｅｄ　Ｗａｔｅｒ　Ｒｅａｃｔｏｒ　、
以下これを“ＰＷＲプラント”と略す）のＲＰＶにおい
ては、ＲＰＶ内面側から水中にてＩＳｌを実施するのが
常であり、このような［３１のための装置が考案され実
用に供している。

しかしながら、ＢＷＲの場合、ＰＷＲはどＲＰＶ内面側
からの■ＳＩ実施は容易ではない。すなわち、ＰＷＲ（
７）場合、＋３１実施時には、ＲＰＶ内の炉内構造物を
ＲＰＶ外に取り除くことが出来る。したがって炉内には
、！３１実施のための障害物が存在しないため、炉内側
からＲＰＶ内壁への接近は容易である。一方、ＢＷＲの
場合は、第１７図〜第１９図に示すように、炉内には恒
久設備であるシュラウド５、上部シェラウド６、給水ス
パージャ７、炉心スプレィ内管８、シェラウドヘッドボ
ルトラグ９等が存在するため、炉心ｌＯ近傍のＲＰＶ炉
心領域内壁に接近するためには、これらの炉内構造物を
さけながら接近する必要がある。特に隙間ｄは、約１０
ｃｍ程度と極端にせまく、またＲＰＶＩとシュラウド５
間の隙間ｅもせまいため、大型であるＰＷＲ，ＲＰＶ用
の機器では寸法上の制約によりＢＷＲ，ＲＰＶ炉心領域
内壁に接近し、ＩＳＩを行うことは出来ない、このため
、炉内構造物を避けてＲＰＶ炉心領域内壁に接近し、狭
いスペース内でＩＳＩを行える装置の出現が切望されて
いる。

一方、ＲＰＶ耐圧溶接線の超音波探傷装置に対する要求
として「電気技術規定　ＪＥＡＣ−４２０５〜原子炉冷
却材圧力バウンダリの供用期間中検査」があり、超音波
の鋼材中への入射角として０°、４５°、６０°の３種
を用い、ひとつの探傷部位に対し上下左右４方向から探
傷を行うことが義務づけられている。

第２０図はＲＰＶＩの円筒胴の長手溶接線２７に対する
超音波の入射角及び入射方向を示す、第２０図において
、ＲＰＶＩの円筒胴の長手溶接線２７の超音波探傷範囲
Ｌ１に対し０’、４５°、６０”の角度で超音波が入射
される。また第２１図はＲＰＶＬ円筒胴の円周溶接線２
８における探傷範囲Ｌ２に対する超音波の入射角及び入
射方向を示している。

このような探査要求を満足する探触子保持装置として、
従来、第２２図に示すものが提案されている。この探触
子保持装置は、入射角０°の探触子２９Ａを１個、入射
角４５“の探触子２９Ｂ及び入射角６０°の探触子２９
Ｃを４方向分（４組）　８個、更に探触子保持装置とＲ
ＰＶＩ内壁との距離（以下、水距離という）及び平行度
をモニタするための超音波センサ２９Ｄを４個備えてお
り、各ｌ触子は探触子保持装置２９に固定されている。

また各探触子は入射角６０°の探触子を除き、超音波が
一点に入射するように角度をなして取り付けられている
。但し、入射角０°の探触子２９Ａの上下方向にそれぞ
れ取り付けられた入射角６０゛の探触子２９Ｃからの超
音波はＲＰＶ　１の内壁円周に直交し、入射角０°の探
触子２９Ａの左右方向に取り付けられた入射角６０°の
探触子２９Ｃからの超音波はＲＰＶ　１内壁面長手方向
に直交するようになっている。このような超音波の入射
状態を第２３図及び第２４図に示す。

この装置は、４方向からの探傷検査が同時にできる長所
がある反面、超音波を１点に収束するため超音波探傷検
査の性質上必要とされる最低水距離と超音波入射角の関
係より探触子の間隔が決められ、装置を小形化できない
ことと、更に合計１３個の探触子を搭載しているために
装置が大形になり重量が増す欠点がある。

この従来の超音波探触子保持装置は、ＲＰＶの肉厚の厚
い加圧水型原子力発電プラン）　（ＰＷＲプラント）用
であり、必要な水距離は板厚に比例するため、この装置
をＲＰＶの肉厚の薄いＢＷＲプラントに適用した場合、
寸法は幾分小さくなるが、その場合でもスペース的制約
が大きいＢ、ＷＲプラントのＲＰＶ内面側からの超音波
探傷検査には、適用できない。

このような状況のため、ＢＷＲプラントＲＰＶの超音波
探傷検査に適用可能な小型の超音波探触子保持装置を備
えた超音波探傷装置の出現が望まれている。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をなくし、超
音波探傷に際しスペース的制約が大きい圧力容器、特に
ＢＷＲ用ＲＰＶ内面側から超音波探傷検査を行い得る圧
力容器用超音波探傷装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、圧力容器内壁面に対し、Ｏｏの入射角で超音
波を入射させる探触子と、圧力容器内壁面に対し０°以
外のそれぞれ異なる所定の角度で超音波を入射させる複
数の探触子を設け、前記０・以外のそれぞれ異なる所定
の角度で超音波を入射させる複数の探触子を圧力容器の
内壁面に対向する面で２７０゛以上回転させる機構を備
えることによって、Ｏ°以外のそれぞれ異なる所定の角
度で超音波を入射させる探触子を最小限必要な個数とし
、超音波探傷保持装置の小形化を図ったものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。第
１図は本発明の一実施例を示す斜視図であり、この圧力
容器検査装置は、原子炉圧力容器１の主フランジ１２上
に設置されるリングガータ１３と、このリングガータ１
３に沿って移動するキャリッジ１４と、このキャリッジ
１４に装着されるマスドブイド１５と、このマストガイ
ド１５により炉心内に案内される上部マスト１６及びこ
の上部マスト１６を補強する上部マスト補強体１７と、
上部マスト１６に連結された下部マスト１８と、この下
部マスト１８に移動自在に支持されたアーム１９と、こ
のアーム１９の一端に取り付けられたヘッド２０と、を
主要構成要素として構成されている。

リングガータ１３は、原子炉圧力容器１の主フランジ１
２上に沿って設置され、キャリッジ１４及び上部マスト
１５等の全重量を支えるのに十分な強度を有し、このリ
ングガータ１３に沿って移動自在にキャリッジ１４が設
置されている。

キャリッジ１４は上面板１４Ａと円弧状のキャリッジ側
板１４Ｂとを備え、上面板１４Ａにはキャリッジ駆動源
２１が設けられ、このキャリッジ駆動源２１によって上
面板１４Ａの底部側に設置された図示していない車輪が
駆動され、キャリッジ１４をリングガータ１３に沿って
走行できるようになっている。キャリッジ駆動源２１に
隣接して一対の上部マスト駆動源２２が設置され、それ
ぞれの上部マスト駆動源２２は図示していないピニオン
を有し、このビニオンはそれぞれ上部マスト１６の図示
していないランクと噛合している。

このランクアンドビニオン機構により上部マスト１６及
び上部マスト補強体１７はＲＰＶ　１の上下方向に昇降
するようになっている。またマストガイド１５の側面下
端部にはそれぞれマスト傾き調整機構部２４が設置され
ている。

上部マスト１６には上部マスト自体の変形剛性を高める
ための上部マスト補強体１７が付設されるとともに上部
マスト１６はパイプ状に形成され、この上部マスト１６
内に移動自在に挿入された下部マスト１Ｂは下部マスト
駆動源２３によってＲＰＶＩの上下方向に移動するよう
になっている。

下部マス１−１８下端部にはアーム駆動源２５が設置さ
れ、このアーム駆動源２５によって駆動されるピニオン
が設けられている。円弧状に形成された２本のアームＩ
９にはそれぞれその長手方向に沿ってラックが形成され
、アーム駆動源２５によって駆動される前記ビニオンは
アーム１９に形成されたラックに噛合している。またア
ーム１９の長手方向両端部には複数の超音波探触子が設
置された超音波探触子保持装置２０が設けられてい第２
図は超音波探触子保持装置２０の超音波探傷時の配置状
態を示す断面図であり、超音波探触子保持装置２０はシ
ュラウドへラドラグ９の間のスペースに位置している。

第３図は超音波探触子保持装置２０の一実施例を一部断
面図で示す正面図、第４図は第３図を一部断面で示す平
面図である。

この超音波探触子保持装置２０は、探触子保持部本体３
０と、この探触子保持部本体３０をＲＰＶｌに対向する
面で回転させる回転機構部３１とからなっている。探触
子保持部本体３０には入射角Ｏ°の０°探触子３２と４
５゛探触子３３と６０°探触子３４と７０°探触子３５
とを備えている。Ｏ°探触子３２は探触子保持部本体３
０における被探傷面（ＲＰＶ内面）に対応する側面のほ
ぼ中央部に固定され、この０゛探触子３２の両側に所定
の間隔をおいて６０°探触子３４と７０’探触子３５が
設置されている。４５°探触子３３の側面部にはシャフ
ト３６が固定され、このシャフト３６はベアリングを介
して支持されるとともにシャフト３６の一端部には歯車
３７が設けられ、探触子回転駆動源３８により歯車３９
．４０を介して４５°探触子３３は探触子保持部本体３
０における設置角度が調整されるようになっている。

探触子保持部本体３０には円形ラック４２が設けられ、
この円形ラック４２は歯車４３及び歯車４４を介して探
触子回転駆動源４４により回動し、探触子保持部本体３
０は０°探触子３２を中心として回転自在に設置されて
いる。なお図中、４）は探触子回転駆動源３８の回転量
を検出する回転量検出器、４６は回転駆動源４５の回転
量を検出する回転量検出器である。

上記のような構成からなる超音波探触子保持装置の作用
を説明する。ＲＰＶ水平方向に超音波を入射させる場合
、第５図及び第６図に示すように０°探触子３２からの
超音波４７はＲＰＶＩ内壁に垂直に点Ｑの位置に入射す
る。一方４５°探触子３３から超音波４８はＱ点の鉛直
線上のＲＰＶ１内壁面内壁面対する。点Ｐに角度θ１で
入射した超音波４８はスネルの法則に従い水中音速と鋼
中音速の比に応じて屈折し、４５°の角度で鋼中に入射
する。このような超音波の入射により第５図に示すよう
にＲＰＶＩに対しＡ−Ｂの幅で水平方向に超音波探傷が
行われる。

ＲＰ　Ｖ　１の水平方向に対し、第５図とは逆方向に超
音波を入射させる場合、第４図に示す回転駆動源４５を
駆動し、歯車４４及び歯車４３を回転させ、この歯車４
３に噛合する円形ラック４２を回動させて探触子保持部
本体３０をａ″方向１８０°回転させる６回転駆動［４
５の回転部の回転量と探触子保持部本体３０の角度との
相関関係は予め定められており、回転駆動源４５の回転
部の回転量が回転量検出器４６により検出され、探触子
保持部本体３０を１８０”回転させるに要する設定回転
量となったとき回転駆動源４５の駆動が停止される。こ
の状態で第５図とは逆方向にＲＰＶＩ水平方向に超音波
探傷が行われる。

ＲＰＶＩの上下方向に超音波を入射する場合、第５図に
示す状態から回転駆動＃ｉ４５を駆動し、歯車４４及び
歯車４３を回転させ、この歯車４３に噛合する円形ラッ
ク４２を回動させて第７図及び第８図に示すように探触
子保持部本体３０をａ°方向又はｂ゛方向９０°回転さ
せる。この場合も探触子保持部本体３０の回転角度は回
転量検出器４６に基づいて行われる。このような超音波
の入射により第７図に示すようにＲＰＶＩに対しＡ・〜
Ｂ°の幅でＲＰＶＩの上下方向に超音波探傷が行われる
。

また第５図〜第８図において、探触子保持本体３０のＲ
ＰＶＩ内壁に対する配置状態を明瞭にするために特にＯ
°探触子３２及び４５゛探触子３３からの超音波につい
て示したが、６０°探触子３４からの超音波は前記した
ＲＶＰ　１内壁のＱ点に入射される。特にこの超音波探
触子装置において、６０°以上角度を有する探触子３５
（７０°）を有するのでＲＶＰ　１内壁表面の欠陥の探
傷を確実に行うことができる。

第９図は本発明の他の実施例を一部断面で示す正面図、
第１０図は第９図を一部断面で示す平面図である。

この超音波探触子装置は、探触子保持部本体５０と、こ
の探触子保持部本体５０をＲＰＶＩに対向する面で回転
させる回転機構部５１とからなっている。探触子保持部
本体５０はその側面中央部に入射角がＯｏのＯ°探触子
５２が固定され、このＯ°探触子５２の周囲に所定の間
隔をおいて４５°探触子５３．６０°探触子５４．７０
”探触子５５が取り付けられている。４５゛探触子５３
には第９図に示すように探触子駆動源に連結された歯車
とこの歯車に噛合する歯車を介して探触子保持部本体５
０における設置角度が調整できるようになっている。ま
た７０°探触子５５に連結された回転軸５６が駆動源５
８により回動し、探触子保持部本体５０における設置角
度を調整することによってＲＰＶＩに対する７０’探触
子５５の入射角度を補正できるようになっている。また
特に図示はしていないが、６０°探触子５４についても
同様な機構により入射角度を補正するようになっている
。探触子保持部本体５０には円形ラック５９が設けられ
、回転機構部５１には第４図に示す同様な機構を有して
おり、円形ラック５９に噛合する歯車４３により、探触
子保持部本体５０はＯ°探触子５２を中心として回転で
きるようになっている。

上記のように構成される超音波探触子保持装置の作用を
第１１図〜第１４図に基づいて詳細に説明する。

第１１図及び第１２図に示すように４５°探触子５３か
らの超音波と、６０°探触子５４からの超音波と、７０
°探触子５５からの超音波はいずれも０°探触子５２か
らの超音波のＲＰＶＩの内壁面における入射位置Ｒと異
なる入射位置Ｓ、Ｔ、Ｕの各位置に入射する。このよう
に各探触子からの入射位置を互いにずらすことにより、
探触子の間隔を任意に設定でき、また水距離を小さくで
きる。この結果、超音波探触子保持装置を小型化するこ
とができ、狭い空間での探傷動作を容易にすることがで
きる。

このように各探触子からの超音波の入射角をずらした場
合、回転駆動源４５を駆動し、歯車４４．４３を介して
円形ラック５９をＯ°探触子５２を中心に回動させ、探
触子保持部本体５０を第１１図に示すようにａ方向また
はその反対方向に９０回動させてＲＰＶ　１の上下方向
に超音波探傷検査を行う際、０°探触子５２からの超音
波を除く各探触子からの超音波は、ＲＰＶ　ｌが円筒で
あり、周方向に曲率をもつため入射角がずれることにな
る。

第９図および第１０図に示す探触子保持装置では駆動源
５８により７０°探触子５５の探触子保持部本体５０に
おける設置角度を補正し、ＲＰＶｌの内壁面に対し７０
°の入射角で入射するように調整される。また同様に６
０°探触子５４も図示していない駆動源によりその設置
角度が補正される。この結果、第１３図及び第１４図に
示すようにＲＰＶＩの上下方向に対して超音波探傷する
場合にもＳ・　Ｔ・　Ｕ・　の点でそれぞれ所定の入射
角度で超音波が入射される。

上記のように探触子保持部本体３０．５０においてそれ
ぞれ異なる入射角度で超音波を入射させる探触子はそれ
ぞれ１個ずつであるので、第２０図及び第２１図に示す
ようにＲＰＶＩの水平方向に沿って超音波を入射させ、
かつＲＰＶＩの上下方向に沿って超音波を入射させるた
めには探触子保持部本体３０．５０はＲＰＶＩに対向す
る面で２７０°以上回転することが必要である。なお、
前記実施例に示した７０°探触子の代わりに６０よりも
大きい入射角度の探触子を設けても前記実施例同様の効
果を得ることができる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、圧力容器の内壁面に対し
０°以外の入射角で超音波を入射させる探触子の個数を
減少させることができるので超音波探触子保持装置を小
型化でき、超音波探傷のためのスペースの制約が大きい
ＢＷＲプラントのＲｐｖの炉内面からの超音波探傷検査
を容易に行うことができ、また超音波探触子保持装置が
小型化し、その表面積が小さくなることにより除汚が容
易となり、さらに検査装置全体の小型化、軽量化を図る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る圧力容器用超音波探傷装置の一実
施例を示す斜視図、第２図は第１図の装置における超音
波探触子保持装置の超音波探傷時の状態を示すための断
面図、第３図は本発明における超音波探触子保持装置の
一実施例を一部断面で示す正面図、第４図は第３図を一
部断面で示す平面図、第５図は第３図に示す超音波探触
子保持装置により水平方向から超音波を入射する超音波
探傷検査の状態を示す斜視図、第６図は第５図の断面状
態を示す説明図、第７図は第３図に示す超音波探触子保
持装置により鉛直方向から超音波を入射する超音波探傷
検査の状態を示す斜視図、第８図は第７図の断面状態を
示す説明図、第９図は本発明における超音波探触子保持
装置の他の例を一部断面で示す正面図、第１Ｏ図は第９
図を一部断面で示す平面図、第１１図は第９図に示す超
音波探触子保持装置により水平方向から超音波を入射す
る超音波探傷検査の状態を示す斜視図、第１２図は第１
１図の断面状態を示す説明図、第１３図は第９図に示す
超音波探触子保持装置により鉛直方向から超音波を入射
する超音波探傷検査の状態を示す斜視図、第１４図は第
１３図の断面状態を示す説明図、第１５図は原子炉建屋
とＲＰＶとを示す縦断面図、第１６図は第１５図のＡ部
拡大断面図、第１７図はＢＷＲ炉内構造物を示す縦断面
図、第１８図は第１７図のＢ−Ｂ線断面図、第１９図は
第１８図のＣ部拡大断面図、第２０図はＲＰＶ長手溶接
部の超音波探傷検査の方法を示す説明図、第２１図はＲ
ＰＶ周溶接部の超音波探傷検査の方法を示す説明図、第
２２図（Ａ）は従来の超音波探触子保持装置の例を示す
側面図、第２２（Ｂ）は第２２図（Ａ）の正面図、第２
３図及び第２４図は第２２図に示す超音波探触子保持装
置によるＲＰＶの超音波探傷検査の方法を示す説明図で
ある。 １・・・・・・ＲＰＶ、１３・・・・・・リングガータ
、１４・・・・・・キャリッジ、１５・・・・・・マス
トガイド、１６・・・・・・上部マスト、１７・・・・
・・上部マスト補強体、１８・・・・・・下部÷スト、
１９・・・・・・アーム、２ｏ・・・・・・超音波探触
子保持装置、２５・・・・・・アーム駆動源、３０・旧
・・探触子保持部本体、３１・・・・・・回転機構部、
３２・・・・・・０゛探触子、３３・・・・・・４５°
探触子、３４・・・・・・６０’探触子、３５・・・・
・・７０”探触子、３８・・・・・・探触子回転駆動源
、４）・・・・・・回転量検出器、４２・・・・・・円
形ランク、４５・・・・・・回転駆動源、４６・・・・
・・回転量検出器、５０・・・・・・探触子保持部本体
、５１・・・・・・回転機構部、５２・・・・・・０°
探触子、５３・・・・・・４５゛探触子、５４・・・・
・・６０”探触子、５５・・・・・・７０°探触子、５
８・・・・・・駆動源、５９・・・・・・円形ラック

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧力容器の内壁面に対し０°の入射角で超音波を
   入射させる超音波探触子と０°以外のそれぞれ異なる所
   定の入射角で入射させる複数の超音波探触子とを設置し
   た探触子保持部本体を備えた圧力容器用超音波探傷装置
   において、前記０°以外のそれぞれ異なる所定の入射角
   で入射させる複数の超音波探触子が圧力容器の内壁面に
   対向する面において２７０°以上の角度で回転するよう
   に前記探触子保部本体を回転自在に設置したことを特徴
   とする圧力容器用超音波探傷装置。
2. （２）前記探触子保持本体が、０°の入射角で超音波を
   入射させる探触子を中心として回転するように設置され
   ている特許請求の範囲第１項記載の圧力容器用超音波探
   傷装置。
3. （３）前記０°以外の所定の入射角で入射させる複数の
   超音波探触子の少なくとも１つは、前記探触子保持部本
   体における設置角度が調整可能とされている特許請求の
   範囲第１項記載の圧力容器用超音波探傷装置。
4. （４）前記探触子保持部本体が、圧力容器の主フランジ
   に据えつけるリングガータに沿って移動するキャリッジ
   により支持されるマストの下端部に設けられるとともに
   圧力容器壁面に沿って移動しうるアームの先端部に回転
   自在に設置されている特許請求の範囲第１項記載の圧力
   容器用超音波探傷装置。